王之悅 祝因蘇 唐立鈞
多層螺旋CT在評(píng)估慢性阻塞性肺疾病相關(guān)肺動(dòng)脈高壓中的應(yīng)用進(jìn)展
王之悅 祝因蘇 唐立鈞*
在我國(guó)慢性阻塞性肺疾病(COPD)多發(fā)生在40歲及以上人群中,而肺動(dòng)脈高壓(PAH)是COPD進(jìn)展的中心環(huán)節(jié),可導(dǎo)致右心功能衰竭乃至死亡。COPD病人出現(xiàn)PAH后進(jìn)行早期相關(guān)治療可顯著改善預(yù)后,因此對(duì)COPD病人出現(xiàn)PAH的早期診斷非常重要。多層螺旋CT作為一種無(wú)創(chuàng)性檢查,可以運(yùn)用多種定量及定性指標(biāo)較好地發(fā)現(xiàn)和提示COPD相關(guān)PAH,并可以評(píng)估預(yù)后、監(jiān)測(cè)治療效果。
慢性阻塞性肺疾?。环蝿?dòng)脈高壓;體層攝影術(shù),X線計(jì)算機(jī);肺小血管;右心功能
慢性阻塞性肺疾病 (chronic obstructive lung disease,COPD)在中國(guó)40歲及以上人群中的發(fā)病率高達(dá)8.2%[1],它以持續(xù)性的氣流受限為特征,這種氣流受限通常是進(jìn)行性的,常常發(fā)展為肺動(dòng)脈高壓(pulmonary artery hypertension,PAH)[2]。PAH定義為肺動(dòng)脈平均壓在安靜狀態(tài)時(shí)>3.33 kPa(25 mmHg),在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)>4 kPa(30 mmHg)[3]。它是COPD發(fā)展至慢性肺源性心臟病的中心環(huán)節(jié),也是導(dǎo)致COPD病人存活率降低的重要因素。因此,PAH的存在及其嚴(yán)重程度可預(yù)測(cè)COPD病人的預(yù)后[4]。COPD相關(guān)的PAH病人嚴(yán)重程度差別很大,輕者臨床癥狀不明顯,甚至僅在進(jìn)行肺功能測(cè)定時(shí)方可發(fā)現(xiàn);重者肺功能?chē)?yán)重受損,甚至引起全身性損害,發(fā)生右心功能衰竭。COPD病人出現(xiàn)PAH后進(jìn)行氧療[4]并使用肺血管舒張劑及鈣離子拮抗劑等藥物可顯著改善預(yù)后。因此,對(duì)COPD病人出現(xiàn)PAH的早期診斷、早期治療及治療后評(píng)估非常重要。多層螺旋CT(multi-slice CT,MSCT)可以運(yùn)用多種定量及定性指標(biāo)提供肺部及心臟解剖、功能信息來(lái)評(píng)估PAH情況。本文就COPD相關(guān)PAH的發(fā)病機(jī)制、檢查方法及MSCT的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述。
PAH是COPD發(fā)展至慢性肺源性心臟病的重要病理生理過(guò)程,慢性缺氧與慢性炎癥是COPD相關(guān)PAH發(fā)病的主要原因。COPD病人持續(xù)性的氣流受限導(dǎo)致病人處于慢性缺氧狀態(tài),由此引起肺血管平滑肌細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞增殖,導(dǎo)致各級(jí)肺血管管壁明顯增厚,出現(xiàn)肺血管增生以及小肺動(dòng)脈重塑[5-6],肺循環(huán)外周阻力增加,肺動(dòng)脈壓進(jìn)行性升高,最終導(dǎo)致PAH形成。而COPD又是一種炎癥反應(yīng)性疾病,會(huì)導(dǎo)致肺血管內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂,由此產(chǎn)生的多種血管活性物質(zhì)如內(nèi)皮素-1、血栓素A2、一氧化氮、前列腺環(huán)素2等不僅參與了炎癥反應(yīng),而且促進(jìn)了血管重塑,進(jìn)而發(fā)生PAH[7]。PAH形成后會(huì)引起肺血管阻力升高,右心負(fù)荷增加,從而導(dǎo)致右心增大、室壁增厚、右心功能減退等一系列心臟解剖及功能改變,最終造成右心功能衰竭乃至死亡。
目前評(píng)估COPD相關(guān)PAH的主要檢查方法包括:右心導(dǎo)管、超聲心動(dòng)圖、MRI及MSCT。
2.1 右心導(dǎo)管造影 右心導(dǎo)管造影是PAH血流動(dòng)力學(xué)評(píng)估的金標(biāo)準(zhǔn),但是作為一種有創(chuàng)性檢查,它存在一定的風(fēng)險(xiǎn)性,且數(shù)據(jù)受三尖瓣反流影響,存在較大的誤差[8],無(wú)法作為常規(guī)檢查使用。大多數(shù)情況下,測(cè)量是在病人的靜息狀態(tài)下做的,并不能反映出血流動(dòng)力學(xué)改變的真實(shí)情況[9]。
2.2 超聲心動(dòng)圖 超聲心動(dòng)圖依據(jù)三尖瓣反流與腔靜脈充盈程度估計(jì)肺動(dòng)脈壓水平,并且可以評(píng)估心臟結(jié)構(gòu)及功能,是評(píng)估COPD相關(guān)PAH的初篩手段。但COPD病人胸腔含氣量增加,使得超聲信號(hào)傳導(dǎo)受到干擾[10]。并且受制于聲窗及檢查者操作的熟練程度,不能獲得完整的支配右心功能的壓力-容積關(guān)系[11],右心結(jié)構(gòu)及功能的測(cè)量受限,因此其診斷的敏感性、特異性以及預(yù)測(cè)價(jià)值不高[12]。
2.3 MRI檢查 MRI作為一種無(wú)創(chuàng)性檢查,具有較高的時(shí)間及組織分辨力,不但可以通過(guò)心臟電影技術(shù)準(zhǔn)確測(cè)量肺動(dòng)脈和心臟解剖及功能,還可以用相位對(duì)比(phase contrast,PC)及延遲強(qiáng)化(late gadalinum enhancement,LGE)技術(shù)來(lái)評(píng)估心血管血流動(dòng)力學(xué)及心肌損傷情況。但該檢查價(jià)格相對(duì)昂貴,檢查限制較多,數(shù)據(jù)采集和分析需要的時(shí)間較長(zhǎng),對(duì)相應(yīng)的技術(shù)支持要求和操作者專業(yè)知識(shí)的要求較高,各項(xiàng)指標(biāo)尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),這些都使得MRI在評(píng)價(jià)COPD相關(guān)PAH的臨床應(yīng)用中尚無(wú)法普及[8]。
MSCT作為無(wú)創(chuàng)性檢查,能較早地發(fā)現(xiàn)和提示COPD相關(guān)PAH,對(duì)于診斷有很大的幫助[13],并且可以評(píng)估預(yù)后,監(jiān)測(cè)治療效果[14]。COPD相關(guān)PAH的MSCT表現(xiàn)可以歸結(jié)為肺實(shí)質(zhì)病變、肺血管病變及PAH引起的右心結(jié)構(gòu)與功能改變。
3.1 肺實(shí)質(zhì)病變 肺氣腫是COPD的主要肺實(shí)質(zhì)病變,也是其主要病理改變之一。肺氣腫可導(dǎo)致肺泡伴行的毛細(xì)血管受到擠壓、破壞,從而使得肺毛細(xì)血管大量減少,外周阻力增加,引起PAH[15]。因此準(zhǔn)確了解肺氣腫的程度,對(duì)于評(píng)估病人PAH的嚴(yán)重程度十分重要[12,16]。MSCT不僅可以定性地診斷肺氣腫,還可以定量地評(píng)估肺氣腫的情況,最常用的方法是使用密度掩模技術(shù),以-950 HU為臨界值[17],計(jì)算出低密度區(qū)的百分比(%low-attenuation areas,%LAA),%LAA與肺氣腫的嚴(yán)重程度是顯著相關(guān)的(最佳系數(shù),-0.761)[17-18]。
3.2 肺血管病變 COPD相關(guān)PAH的肺血管病變包括肺動(dòng)脈的擴(kuò)張、肺小血管的擴(kuò)張及肺動(dòng)脈彈性減低等。
3.2.1 肺動(dòng)脈的評(píng)估 由于主肺動(dòng)脈的擴(kuò)張程度對(duì)PAH的嚴(yán)重性有很好的預(yù)測(cè)價(jià)值[19],而平均肺動(dòng)脈壓力與主肺動(dòng)脈直徑的相關(guān)性很高[4,20-23],所以許多研究者都認(rèn)為在橫斷面MSCT中主肺動(dòng)脈直徑的增大是PAH的征象。目前的研究主要將主肺動(dòng)脈直徑>29 mm和主肺動(dòng)脈直徑與升主動(dòng)脈直徑比值>1作為PAH在MSCT中的診斷標(biāo)準(zhǔn)[4,12,20-23]。Mahammedi等[24]認(rèn)為,在肺動(dòng)脈分叉的橫斷面上,由升主動(dòng)脈中央起源,垂直于主肺動(dòng)脈的長(zhǎng)軸測(cè)量主肺動(dòng)脈的直徑是獲得主肺動(dòng)脈最大直徑的最佳方法(R=0.51,P<0.000 1)。但是這些參數(shù)仍然存在一些缺陷,主要因?yàn)榉蝿?dòng)脈直徑大小受病人年齡、性別、身高、體質(zhì)量及基礎(chǔ)病等很多因素影響[22],前期研究已經(jīng)證明單純的肺動(dòng)脈直徑和肺動(dòng)脈壓力相關(guān)性欠佳,因此該指標(biāo)應(yīng)用受限[20]。主肺動(dòng)脈直徑與升主動(dòng)脈直徑的比值與PAH的相關(guān)性要高于主肺動(dòng)脈直徑。Wells等[21]通過(guò)一個(gè)大樣本量研究,發(fā)現(xiàn)在COPD病人中該比值>1可以說(shuō)明病人過(guò)去曾有過(guò)COPD急性發(fā)作,且未來(lái)出現(xiàn)急性發(fā)作的可能性會(huì)增高。另外,右肺動(dòng)脈的擴(kuò)張性以及右室流出道的直徑以及截面積也可以在一定程度上預(yù)測(cè)PAH。在PAH病人中,右肺動(dòng)脈的擴(kuò)張性會(huì)降低,而右室流出道的直徑以及截面積會(huì)增大[25-26]。右肺動(dòng)脈的擴(kuò)張性可由下列公式計(jì)算得出:(舒張期的截面積-收縮期的截面積)/舒張期的截面積。Revel等[25]通過(guò)多期圖像重建,利用軟件測(cè)量出右肺動(dòng)脈的擴(kuò)張性以及右室流出道的直徑及截面積,分析發(fā)現(xiàn)右肺動(dòng)脈的擴(kuò)張性與平均肺動(dòng)脈壓有著緊密的聯(lián)系(R=-0.79, P<0.000 1),相關(guān)性高于右室流出道的直徑以及截面積。但是在臨床工作中,由于該檢查需要心電門(mén)控及多期重建,病人需要接受X線劑量較大,實(shí)用性仍待提高[25]。
3.2.2 肺小血管的評(píng)估 PAH的血管重塑是PAH的特征表現(xiàn),并常常累及肺小血管[12],因此也成為PAH的影像診斷標(biāo)準(zhǔn)之一[26]。先前有研究顯示在PAH的病人中可出現(xiàn)肺小血管的擴(kuò)張,這個(gè)擴(kuò)張是通過(guò)與周?chē)樾兄夤艿闹睆较啾鹊贸龅腫27]。因?yàn)樵诮】等酥?,肺小血管可能比伴行的支氣管略微粗些,所以Devaraj等[28]認(rèn)為肺小血管與伴行支氣管管徑比值大于1.25代表肺小血管擴(kuò)張。這個(gè)研究的結(jié)果證明肺小血管的擴(kuò)張是代表平均肺動(dòng)脈壓力的一個(gè)可靠指標(biāo)。但該參數(shù)與PAH的相關(guān)性并不是很高,在臨床工作中的測(cè)量誤差也較大。也有相關(guān)研究表明MSCT可以通過(guò)定量測(cè)量肺小血管截面積(cross-sectional area,CSA)來(lái)間接反映COPD相關(guān)PAH的嚴(yán)重程度[15,29]。Matsuoka等[29-30]認(rèn)為,%CSA<5與平均肺動(dòng)脈壓力呈負(fù)相關(guān)(R=-0.512,P<0.000 1),通過(guò)測(cè)量%CSA,可以估計(jì)PAH的嚴(yán)重程度。
3.3 右心評(píng)估 COPD相關(guān)PAH繼發(fā)的右心改變有右室擴(kuò)張、右室心肌肥厚、室間隔變直或左移,嚴(yán)重者可出現(xiàn)下腔靜脈及肝門(mén)靜脈的擴(kuò)張、心包積液等[12,26,31-32]。通過(guò)心電門(mén)控的MSCT可以測(cè)量右室壁的厚度、右心室的質(zhì)量、右室與左室最寬徑之比、脊柱室間隔角等。
3.3.1 右心室解剖評(píng)估 在COPD相關(guān)PAH的病人中,右室壁厚度和室間隔厚度與正常人相比明顯增大[32-35],在通常情況下,室間隔的厚度不應(yīng)超過(guò)10 mm,若室間隔厚度大于13 mm,則提示存在右室心肌肥大[36]。右心室質(zhì)量的測(cè)量是另一種評(píng)估右室心肌肥大的方法[25],它等于舒張末期右室心肌容積與心肌密度(1.05 g/dL)的乘積。但這種測(cè)量需要人工描畫(huà)出心肌的輪廓,耗時(shí)較長(zhǎng)。右心室質(zhì)量與左心室質(zhì)量的比值被稱為心室質(zhì)量指數(shù)(ventricular mass index,VMI),其與mPAP相關(guān)性較單純的右心室質(zhì)量更高。四腔心位CT影像上測(cè)得的右室及左室最寬徑之比常被用于評(píng)價(jià)右室擴(kuò)張,是右心功能障礙較為可靠的CT指標(biāo)[7],一般認(rèn)為該指標(biāo)大于1有意義。而另一個(gè)常用且可信的證明PAH嚴(yán)重程度的征象是室間隔的位置。通過(guò)測(cè)量脊柱室間隔角可以間接地獲得室間隔的位置,從而確定是否存在右室增大。脊柱室間隔角為胸骨中點(diǎn)與椎體棘突的連線與室間隔間的夾角。臨床工作中觀察到PAH病人右心擴(kuò)張,心臟順時(shí)針旋轉(zhuǎn),該角度明顯增大。有研究證實(shí),輕、中、重度PAH病人的脊柱室間隔角分別為61.00°±11.60°、66.19°±11.77°和64.65°±10.21°[37]。脊柱室間隔角的測(cè)定較右室及左室其他參數(shù)測(cè)定更為固定、標(biāo)準(zhǔn)和簡(jiǎn)單,且不受病人年齡、身高、體質(zhì)量指數(shù)、體表面積的影響。
3.3.2 右心室功能評(píng)估 PAH病人右室后負(fù)荷增加會(huì)導(dǎo)致右室容積、右室射血分?jǐn)?shù)(right ventricular ejection fraction,RVEF)、每搏輸出量(stroke volume,SV)、心輸出量 (cardiac output,CO)及心臟指數(shù)(cardiac index,CI)減少。通過(guò)測(cè)量右室舒張末期容積 (right ventricular end-diastolic volume,RVEDV)、右室收縮末期容積 (right ventricular end-systolic volume,RVESV),可計(jì)算出RVEF,從而根據(jù)心率以及體表面積換算出CO及CI。目前的MSCT輔以心電門(mén)控,可通過(guò)對(duì)不同RR間期圖像的重建,較準(zhǔn)確地測(cè)量出RVEDV及RVESV,從而計(jì)算出評(píng)估右室功能的指標(biāo)。在臨床應(yīng)用中,心臟MRI被認(rèn)為能較為準(zhǔn)確地評(píng)估心臟解剖與功能[35],而相關(guān)研究表明,與MRI結(jié)果比較,MSCT心功能檢查也可以較準(zhǔn)確地定量評(píng)價(jià)右室容積和功能[35]。RVEF小于40%是提示右心功能衰竭的重要指標(biāo)。而近年來(lái)MSCT越來(lái)越多地應(yīng)用于對(duì)右心功能的評(píng)價(jià),但電離輻射依然是一個(gè)不可避免的問(wèn)題[38]。
PAH是COPD常見(jiàn)的并發(fā)癥并可導(dǎo)致病人右心功能衰竭乃至死亡,早期診斷COPD相關(guān)PAH后進(jìn)行治療可顯著改善預(yù)后。所以,對(duì)COPD病人出現(xiàn)PAH的早期診斷非常重要。在現(xiàn)有的研究中,MSCT表現(xiàn)出了對(duì)于COPD相關(guān)PAH診斷很高的準(zhǔn)確性,并且由于其具有無(wú)創(chuàng)性、測(cè)量的可重復(fù)性,隨著新技術(shù)不斷發(fā)展,MSCT必將成為早期診斷PAH、判斷PAH預(yù)后并檢測(cè)其治療效果的重要檢查方法。
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(收稿2014-06-30)
Application progress of multi-slice CT in the evaluation of chronic obstructive lung disease-associated pulmonary hypertension
WANG Zhiyue,ZHU Yinsu,TANG Lijun.Department of Radiology,The First Affiliated Hospital of Nanjing Medical University,Nanjing 210029,China
Chronic obstructive lung disease (COPD)is prevalent in individuals at 40 years age or older in China. Pulmonary artery hypertension (PAH)is a severe complication in the natural history of COPD,which can lead to right heart failure and even death.The early diagnosis of PAH in COPD is in urgent need,since early treatment of PAH in COPD will improve the prognosis significantly.Multi-slice CT is a non-invasive tool that can use quantitative and qualitative indexes to detect and prompt PAH in COPD,estimate its prognosis and monitor the therapeutic effects.
Chronic obstructive lung disease;Pulmonary artery hypertension;Tomography,X-ray computed;Pulmonary vascular;Right heart function
10.3874/j.issn.1674-1897.2015.01.Z0107
210029南京,南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院放射科
唐立鈞,E-mail:lijun.tang@hotmail.com
*審校者
江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(JX10231801)